CN114417228A - 一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法 - Google Patents

一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114417228A
CN114417228A CN202111649126.8A CN202111649126A CN114417228A CN 114417228 A CN114417228 A CN 114417228A CN 202111649126 A CN202111649126 A CN 202111649126A CN 114417228 A CN114417228 A CN 114417228A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature difference
calculating
displacement
support
bending moment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111649126.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114417228B (zh
Inventor
白伦
田达理
黄孟
柳富明
王珂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Design and Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group
Original Assignee
Wuhan Design and Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Design and Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group filed Critical Wuhan Design and Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group
Priority to CN202111649126.8A priority Critical patent/CN114417228B/zh
Publication of CN114417228A publication Critical patent/CN114417228A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114417228B publication Critical patent/CN114417228B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明提供一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，包括以下步骤：(1)确定煤浆管道的物理参数，计算管道的惯性矩；(2)将管道划分为基本结构，计算温度差和支座位移下基本结构的弯矩和剪力值；(3)计算整体结构刚结点在温度差和支座位移下发生的角位移，进而计算整体结构中基本结构的弯矩和剪力；(4)根据温度差和支座位移引起的杆端弯矩和剪力，计算附加正应力、附加切应力以及附加支座荷载。本发明可以科学地计算出温度差和支座位移下的煤浆管道荷载，为优化煤浆管道布置，提高煤浆输送安全性提供理论依据。

Description

一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法
技术领域
本发明涉及管道结构技术领域，具体是一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法。
背景技术
由于煤浆管道的生命周期较长，实际的煤浆管道设计需要考虑温度差和各种情况下产生支座位移的情况。为保证煤浆管道安全稳定运行，设计时需要对煤浆管道的荷载进行合理预测。
现有的煤浆管道荷载的设计规范关于温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的内容是相对欠缺的。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，可以科学地计算出温度差和支座位移下的煤浆管道荷载，为优化煤浆管道布置，提高煤浆输送安全性提供理论依据。
本发明提供的技术方案：一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，包括如下步骤：
(1)确定煤浆管道的物理参数，计算管道的惯性矩，
Figure BDA0003444486740000011
式中，D为管道外径，d为管道内径；
(2)将管道划分为基本结构，分别计算温度差和支座位移下基本结构的弯矩和剪力值；
(3)计算整体结构刚结点在温度差和支座位移下发生的角位移，进而计算整体结构中基本结构的弯矩和剪力；
(4)根据温度差和支座位移引起的杆端弯矩和剪力，计算附加正应力、附加切应力以及附加支座荷载。
进一步的，所述步骤(2)中，所述基本结构包括2个固定支座和一个杆件，令物理量符号的下标左侧为l，右侧为2，杆端的弯矩、剪力、转角，均以顺时针方向为正，
温度差产生的荷载
温度较低的一侧(预设下侧)受拉，基本结构弯矩为
Figure BDA0003444486740000021
式中，E为弹性模量，α为管道的线膨胀系数，令t1＜t2，t′＝t2-t1，温度差不产生剪力。
进一步的，所述步骤(2)中
支座位移产生的荷载
a.垂向单位位移Δy＝1(预设左端)
基本结构弯矩为
Figure BDA0003444486740000022
基本结构剪力为
Figure BDA0003444486740000023
式中，
Figure BDA0003444486740000024
为基本结构在受力时抵抗弹性变形的能力，基本结构长为L；
b.单位角位移
Figure BDA0003444486740000031
(预设左端)
基本结构弯矩为
M1＝4i，M2＝2i
基本结构剪力为
Figure BDA0003444486740000032
进一步的，所述步骤(3)中在温度差和支座位移作用下，整体结构刚结点发生的角位移为
Figure BDA0003444486740000033
式中，下标i＝1,2,...,n表示段数，j＝1,2表示基本结构的左右端；
计算整体结构中刚结点发生角位移
Figure BDA0003444486740000034
后的基本结构杆端弯矩和剪力：
弯矩为
Figure BDA0003444486740000035
Figure BDA0003444486740000036
剪力为
Figure BDA0003444486740000037
有多个刚结点时，则需要重复上述步骤，使基本结构杆端的弯矩和剪力趋于精确解。刚结点平衡时，有M′i,2＝-M′i1,1。
进一步的，所述步骤(4)中温度差和支座位移引起的附加正应力、附加切应力可按下式计算；
Figure BDA0003444486740000041
温度差和支座位移引起的附加支座荷载满足
FR0＝F′Q1,1，FRi＝F′Qi+1,1-F′Qi,2，FRn＝-F′Qn,2
式中，i＝1,2,...,n-1。
本发明基于结构力学提出一种温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的计算方法，可以为煤浆管道支架的布置和设计提供参考，根据设计的煤浆管道，为煤浆输送提供良好的环境，提高煤浆输送安全性，满足使用的需求，提高使用的寿命。
附图说明
图1为多跨煤浆管道简化结构图；
图2为基本结构的示意图；
图3为实施例中存在温度差时的煤浆管道示意图；
图4为实施例中固定支架发生位移的煤浆管道示意图；
图5为实施例中导向支架发生位移的煤浆管道示意图；
图6为实施例中固定支架发生转角的煤浆管道示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，包括如下步骤：
1.简化煤浆管道的布置情况，根据其物理参数计算管道惯性矩。
管道对中轴线的惯性矩I为
Figure BDA0003444486740000051
式中，D为管道外径，d为管道内径。
2.将管道划分为基本结构，所述基本结构包括2个固定支座和一个杆件，计算温度差和支座位移下基本结构的弯矩和剪力值。令物理量符号的下标左侧为l，右侧为2(杆端的弯矩、剪力、转角，均以顺时针方向为正)。
(1)温度差产生的荷载
温度较低的一侧(预设下侧)受拉，基本结构弯矩为
Figure BDA0003444486740000052
式中，E为弹性模量，α为管道的线膨胀系数，t′＝t2-t1，令t1＜t2。
温度差不产生剪力。
(2)支座位移产生的荷载
a.垂向单位位移Δy＝1(预设左端)
基本结构弯矩为
Figure BDA0003444486740000053
基本结构剪力为
Figure BDA0003444486740000054
式中，
Figure BDA0003444486740000055
为基本结构在受力时抵抗弹性变形的能力，基本结构长为L。
b.单位角位移
Figure BDA0003444486740000056
(预设左端)
基本结构弯矩为
M1＝4i，M2＝2i
基本结构剪力为
Figure BDA0003444486740000061
3.计算整体结构刚结点在温度差和支座位移下发生的角位移，进而计算整体结构中基本结构的弯矩和剪力。
在温度差和支座位移作用下，整体结构刚结点发生的角位移为
Figure BDA0003444486740000062
式中，下标i＝1,2,...,n表示段数，j＝1,2表示基本结构的左右端。
计算整体结构中刚结点发生角位移
Figure BDA0003444486740000063
后的基本结构杆端弯矩和剪力：
弯矩为
Figure BDA0003444486740000064
Figure BDA0003444486740000065
剪力为
Figure BDA0003444486740000066
有多个刚结点时，则需要重复上述步骤，使基本结构杆端的弯矩和剪力趋于精确解。刚结点平衡时，有M′i,2＝-M′i+1,1。
4.根据温度差和支座位移引起的弯矩和剪力，计算附加正应力、附加切应力以及附加支座荷载。
温度差和支座位移引起的附加正应力、附加切应力可按下式计算；
Figure BDA0003444486740000071
温度差和支座位移引起的附加支座荷载满足
FR0＝F′Q1,1，FRi＝F′Qi+1,1-F′Qi,2，FRn＝-F′Qn,2
式中，i＝1,2,...,n-1，j＝1,2。
实施例
实施例的支架结构为固定支架+导向支架+固定支架，杆长分别为l1，l2，弹性模量E，管道内外径相同。基本结构的剪力和弯矩标记为FQij和Mij，i＝1,2,...,n表示段数，j＝1,2表示基本结构的左右端；
a.温度差引起的荷载，t1＜t2，t′＝t2-t1
在温度差条件下，整体结构中刚结点发生的角位移为
Figure BDA0003444486740000072
整体结构中刚结点发生角位移
Figure BDA0003444486740000073
后的弯矩和剪力：
弯矩，
Figure BDA0003444486740000074
Figure BDA0003444486740000075
剪力，
FQ11＝FQ12＝FQ21＝FQ22＝0
温度差引起的支架荷载，
FR0＝FR1＝FR2＝0
b.固定支架发生位移Δy引起的荷载
在固定支架发生位移Δy条件下，整体结构中刚结点发生的角位移为
Figure BDA0003444486740000081
整体结构中刚结点发生角位移
Figure BDA0003444486740000082
后的弯矩和剪力：
弯矩，
Figure BDA0003444486740000083
Figure BDA0003444486740000084
剪力，
Figure BDA0003444486740000085
Figure BDA0003444486740000086
固定支架发生位移Δy引起的支座荷载，
Figure BDA0003444486740000087
c.导向支架发生位移Δy引起的荷载
在导向支架发生位移Δy条件下，整体结构中刚结点发生的角位移为
Figure BDA0003444486740000088
整体结构中刚结点发生角位移
Figure BDA0003444486740000089
后的弯矩和剪力：
弯矩，
Figure BDA00034444867400000810
Figure BDA00034444867400000811
剪力，
Figure BDA0003444486740000091
Figure BDA0003444486740000092
导向支架发生位移Δy引起的支座荷载，
Figure BDA0003444486740000093
d.固定支架发生转角
Figure BDA0003444486740000094
引起的荷载
在固定支架发生转角
Figure BDA0003444486740000095
条件下，整体结构中刚结点发生的角位移为
Figure BDA0003444486740000096
整体结构中刚结点发生角位移
Figure BDA0003444486740000097
后的弯矩和剪力：
弯矩，
Figure BDA0003444486740000098
Figure BDA0003444486740000099
剪力，
Figure BDA00034444867400000910
Figure BDA00034444867400000911
固定支架发生转角
Figure BDA00034444867400000912
引起的支座荷载，
Figure BDA00034444867400000913
实施例选用管材为Q235A，计算涉及的煤浆管道物理参数如表1所示，温度差或支架位移引起的煤浆管道的荷载如表2所示，应力如表3所示。
表1煤浆管道的物理参数
Figure BDA0003444486740000101
表2温度差或支架位移引起的煤浆管道的荷载
Figure BDA0003444486740000102
表3温度差或支架位移引起的煤浆管道的支架处应力
Figure BDA0003444486740000111
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)确定煤浆管道的物理参数，计算管道的惯性矩，
Figure FDA0003444486730000011
式中，D为管道外径，d为管道内径；
(2)将管道划分为基本结构，分别计算温度差和支座位移下基本结构的弯矩和剪力值；
(3)计算整体结构刚结点在温度差和支座位移下发生的角位移，进而计算整体结构中基本结构的弯矩和剪力；
(4)根据温度差和支座位移引起的杆端弯矩和剪力，计算附加正应力、附加切应力以及附加支座荷载。
2.根据权利要求1所述的计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述基本结构包括2个固定支座和一个杆件，令物理量符号的下标左侧为l，右侧为2，杆端的弯矩、剪力、转角，均以顺时针方向为正，
温度差产生的荷载
温度较低的一侧(预设下侧)受拉，基本结构弯矩为
Figure FDA0003444486730000012
式中，E为弹性模量，α为管道的线膨胀系数，令t1＜t2，t′＝t2-t1，温度差不产生剪力。
3.根据权利要求2所述的计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，其特征在于：所述步骤(2)中
支座位移产生的荷载
a.垂向单位位移Δy＝1(预设左端)
基本结构弯矩为
Figure FDA0003444486730000021
基本结构剪力为
Figure FDA0003444486730000022
式中，
Figure FDA0003444486730000023
为基本结构在受力时抵抗弹性变形的能力，基本结构长为L；
b.单位角位移
Figure FDA0003444486730000024
(预设左端)
基本结构弯矩为M1＝4i，M2＝2i
基本结构剪力为
Figure FDA0003444486730000025
4.根据权利要求3所述的计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，其特征在于：所述步骤(3)中在温度差和支座位移作用下，整体结构刚结点发生的角位移为
Figure FDA0003444486730000026
式中，下标i＝1,2,...,n表示段数，j＝1,2表示基本结构的左右端；
计算整体结构中刚结点发生角位移
Figure FDA0003444486730000027
后的基本结构杆端弯矩和剪力：
弯矩为
Figure FDA0003444486730000031
Figure FDA0003444486730000032
剪力为
Figure FDA0003444486730000033
有多个刚结点时，则需要重复上述步骤，使基本结构杆端的弯矩和剪力趋于精确解。刚结点平衡时，有M′i,2＝-M′i+1,1。
5.根据权利要求4所述的计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法，其特征在于：所述步骤(4)中温度差和支座位移引起的附加正应力、附加切应力可按下式计算；
Figure FDA0003444486730000034
温度差和支座位移引起的附加支座荷载满足
FR0＝F′Q1,1，FRi＝F′Qi+1,1-F′Qi,2，FRn＝-F′Qn,2
式中，i＝1,2,...,n-1。
CN202111649126.8A 2021-12-29 2021-12-29 一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法 Active CN114417228B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111649126.8A CN114417228B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111649126.8A CN114417228B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114417228A true CN114417228A (zh) 2022-04-29
CN114417228B CN114417228B (zh) 2022-10-11

Family

ID=81270353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111649126.8A Active CN114417228B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114417228B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115752319A (zh) * 2022-10-18 2023-03-07 天津风霖物联网科技有限公司 一种水平位移自动监测系统及监测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101561839A (zh) * 2008-05-13 2009-10-21 赵汝江 海床上石油管道悬跨安全性的分析测算方法
CN101699449A (zh) * 2009-10-26 2010-04-28 北京交通大学 纵横垂向耦合的高速铁路高架车站上无缝道岔的设计方法
CN107688718A (zh) * 2017-09-15 2018-02-13 中国核电工程有限公司 一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法
CN112001051A (zh) * 2020-08-27 2020-11-27 湛江南海西部石油勘察设计有限公司 一种大位移栈桥的配管设计方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101561839A (zh) * 2008-05-13 2009-10-21 赵汝江 海床上石油管道悬跨安全性的分析测算方法
CN101699449A (zh) * 2009-10-26 2010-04-28 北京交通大学 纵横垂向耦合的高速铁路高架车站上无缝道岔的设计方法
CN107688718A (zh) * 2017-09-15 2018-02-13 中国核电工程有限公司 一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法
EP3457305A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-20 China Nuclear Power Engineering Company Ltd. Design method for resisting dynamic load in high temperature pipelne
CN112001051A (zh) * 2020-08-27 2020-11-27 湛江南海西部石油勘察设计有限公司 一种大位移栈桥的配管设计方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张重英等: "管道参与管架结构的整体计算和分析", 《甘肃科学学报》 *
杜景水等: "基于小挠度理论的悬空管道力学分析", 《油气储运》 *
裴强等: "复杂荷载作用下空冷系统排汽管道力学性能分析――以火电厂空冷岛为例", 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115752319A (zh) * 2022-10-18 2023-03-07 天津风霖物联网科技有限公司 一种水平位移自动监测系统及监测方法
CN115752319B (zh) * 2022-10-18 2023-08-15 天津风霖物联网科技有限公司 一种水平位移自动监测系统及监测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114417228B (zh) 2022-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114417228B (zh) 一种计算温度差和支座位移引起的煤浆管道附加荷载的方法
CN105201097A (zh) 新型摩擦耗能阻尼器
Guo et al. Behavior of thin-walled circular hollow section stub columns under axial compression
Liang et al. Frequency analysis of functionally graded curved pipes conveying fluid
Wu et al. Stress analysis of gas pipeline in tunnels on pressure testing condition
CN104504226A (zh) 一种强振动环境下输流管道抗振支承及其设计方法
KR101045884B1 (ko) 운전환경을 반영한 고온고압배관 및 지지시스템의 신뢰성 평가 및 회복방법
CN106321978A (zh) 一种可调节管道支吊架
CN111104718A (zh) 一种管系及支吊架健康状态量化评估方法
van Leeuwen et al. Comparing fatigue strength from full scale blade tests with coupon-based predictions
CN113158304B (zh) 一种锚杆与隧道围岩协同承载的计算分析方法
CN112392259B (zh) 一种双支点置换为顶升油缸的钢桁架同步分级卸载方法
CN101260959A (zh) 应力消除装置
CN114218694A (zh) 一种圆柱滚子中介轴承处轴的弯曲变形偏转角确定方法
CN212657366U (zh) 一种杠杆式可调荷载支吊架
CN107588275B (zh) 一种横向自承重弯管压力平衡型膨胀节
CN110008501B (zh) 非线性矩形截面中凸弹簧的自由振动模型的建模方法及应用
CN201173363Y (zh) 应力消除装置
CN104018887B (zh) 轮盘间端面齿接触的燃气轮机拉杆转子预紧力设计校核方法
CN114861254B (zh) 一种桥梁用钢管钢纤维混凝土结构抗弯刚度的计算方法
CN108038323A (zh) 纤维增强复合材料连续抽油杆螺旋屈曲最小临界载荷的确定方法
RU104662U1 (ru) Разгруженный сильфонный компенсатор
Huff et al. The importance of high energy piping support maintenance to enhance system useful life
CN213871662U (zh) 一种锅炉排泄炉渣落渣管用的补偿器
LI et al. Reliability analysis of rolling bearing clearance based on sparse response surface and polar transformation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant